基于Web的参数化施工组织系统研究

陈小文，唐学伦

（1.贵州医科大学 计算机教育与信息技术中心，贵阳 550025；2. 贵阳同心软件科技有限公司，贵阳 550001）

“工程规模大, 技术标准高, 建设速度快”是新时期铁路建设的显著特点，利用现代信息技术实现对工程的质量、成本、进度实施有效控制, 是当前铁路建设管理的必然选择[1]。进度也是影响工程项目成效的重要因素之一。面对跨度广、周期长、工点多等特点的铁路施工项目，传统AOV网(Activity On Vertex Network)和AOE网(Activity On Edge Network)已不能满足现场施工管理要求。文献[1]研究了基于B/S模式的铁路工程形象进度图参数化生成系统，获得了基于图形元件工程形象进度图参数化生成方法，以不同颜色代表某个桥梁的施工进展情况，未涉及到各施工工点之间的依赖关系。文献[2]提出了基于Flex和J2EE总体架构的开发思路,开发实现了可在线阅览、数据及时共享、标准格式统一的铁路工程指导性施工组织形象进度图。文献[3]建立了建设项目结构/工作分解结构（EPS /WBS），编制、优化多级施工进度计划,整合各参建单位施工进度控制信息反馈机制。文献[4]依据项目进度管理的定义和内容,分析影响铁路工程设计项目进度的内部管理因素、技术因素和外部因素,提出了项目进度安排与质量管理统一。文献[5-6]分析了铁路建设项目进度控制中存在的主要问题，研究了基于检验批数据的施工进度与投资控制关联模型、工期预测模型，构建了铁路建设项目进度控制信息系统，并在新疆乌鲁木齐铁路局精伊霍新建铁路建设指挥部进行了试用。文献[4-6]分析影响进度的因素，建立了多级施工进度划分，但未涉及各工点相互影响、制约的关系。文献[7]参考铁路建设项目进度计划的特点，提出了基于复杂适应系统（CAS）的铁路建设项目进度计划概念模型，利用主计划生成预测计划，并进行动态规划调整。文献[8]在京津城际铁路应用P3E/C项目管理软件的跟踪项目进度，整合时间表和资源，结合总体解决方案，解决了复杂任务集成的问题。文献[9]从机械的配置入手探讨机械化施工方案的形成机制，并建立了基于该方案的优化模型，编制了应用软件并对路基工程进行了检验。文献[10]分析了铁路施工组织设计过程，建立了使投资曲线呈正态分布的数学模型。通过模型的建立过程和计算方法的实现，详细探讨施工组织进度辅助设计系统的设计与实现的流程、思路和方法。文献[11]针对铁路施工组织设计中方案的比选和优化问题，研发了铁路施工组织优化设计系统，提出了层次分析法、网络计划优化与实施中的优化调整相结合的设计方法。系统实现了整个优化流程和施工组织设计辅助编制。文献[9-11]建设了施工组织的编制方法和优化模型，但缺乏对指导性、实施性、实际施工进度之间的进度分析与监控。

文章根据铁路建设项目施工组织管理需要，设计了施工组织管理系统的总体思路和功能模块，获得了基于Web的参数化施工组织系统，在多个高铁建设项目的应用结果表明：有效缩短施组编制周期，实现了指导性、实施性、实际进度之间的对比分析与预警，可快捷检测施工进度超前、滞后问题，为后续工期调整提供决策依据，实现了计划、执行、检查、调整（PDCA）循环。

1 系统设计

根据铁路建设项目线路长、跨度广、涉及到工点多等特点，以横坐标作为项目的正线里程，以纵坐标表示时间，以二维平面图为基础，并为每个专业创建对应的元件，并纳入到平台的工具中，简化建模过程，提高工作效率。系统基于Silverlight、Web Service技术，采用Ajax技术进行数据传输，以参数化方式生成施工组织图，并实现页面数据异步传输与实时无刷新显示。设计总体思路：（1）依据工程管理需要，构建指导性施工组织和实施性施工组织，并将其进行数据字处理；（2）搭建图例画布；（3）设计施工组织模型中的图形元件，配备参数设计属性，获取参数控制图形的机制；（4）构建指导、实施、实际三者之间的对比策略；（5）数据交互与进度报表汇总，实时动态显示进度信息。系统采用B/S三层结构，数据库采用Oracle，涉及到Asp.Net、Silverlight、Javascript、Web Server、Ajax技术，系统结构如图 1所示。

图 1 系统结构图

1.1 主要功能模块

施工组织系统（COS，Construction Organization System）具有画布管理、图例管理、数据管理、权限管理和基础数据维护等功能。其功能模块如图2所示。图例展示作为施工组织所有图例的展示平台，涉及到施工里程、时间、单位工程等信息，是系统的重要支撑模块。图例管理是管理施工组织所有图形及元件的模块，通过参数控制每个图形元件显示的各项展示属性。利用数据管理模块实现图形与数据之间的关联，以及相关数据的汇总工作。权限管理则对各用户进行范围、操作内容等进行控制管理。

图 2 系统功能模块图

1.2 数据模型与数据库设计

综合考虑系统的功能、实现等因素，COS应包含4类重要的基础数据。

（1）画布数据，包含铁路工程的里程、施工工期等信息，COS通过该数据绘制画布，为各图形展示提供容器。

（2）图形数据，在图形数据中主要包含图形基础属性、图形控制数据和预警控制数据。基础属性包含图例基本的几何信息，该数据主要来源于元件库中的默认设置数据，根据实际管理的需要可在画布上进行调整与修正；控制数据是实际施工进度所形成的数据，数据均来自于施工报表中的数据；预警数据为最晚完工时间，数据来源于重要控制工点所分解后的控制时间，但实际施工过程中也可进行相应调整。COS利用图形基础属性初始化图形的基本信息，结合图形控制数据驱动图形状态及位置改变，获取预警控制数据与实际施工进度进行碰撞检测。基础属性、控制数据、预警数据3个数据共同支撑一个图例的展示。

（3）关联数据，画面中的每一个图例除了本身展示之外，还需要与管理信息系统（MIS，Management Information System）进行数据交互，因此需存储每个图形元件与MIS中的数据进行关联关系。

（4）版本数据，施工组织涉及指导性施组、实施性施组、实际施工进度。实现各个版本之间的分析对比，需存储各个版本的施组数据。

基于上述分析考虑，COS主要采用的数据如表1所示。图例属性表用于存储各个图例的基本信息，主要用于图例的初始化工作。控制数据记录各个时间段内图例的显示位置信息。预警表则记录了每个单位工程的最早开工、最晚完工和工期信息，以及施工的先决条件，并蕴含整个项目的关键路径。关联表则存储每个图例与MIS中数据关联关系，用于后续的进度统计与数据汇总工作。

表1 COS主要数据表

1.3 图形元件设计与实现

Silverlight提供灵活的编程模型，并可以集成到现有的网络应用程序中。它是一个跨浏览器、跨平台的插件，可以对运行在Mac或Windows上的主流浏览器提供高质量视频信息传递。充分考虑到Silverlight跨平台、低成本的优势，结合施工组织管理的需要，采用Silverlight作为COS展示工具。铁路工程建设项目的部分单位工程之间存在先后依赖关系。针对铁路建设项目跨度广、周期长、管控难的特点，以不同图例代表相应专业的单位工程。每个图例均表示一个单位工程，依据1.2所述的各类数据对图形进行绘制与控制。COS的形成过程如图3所示，主要分成3个层次：

（1）技术支撑层，利用Silverlight提供的基础的图形绘制方法（点、线、多边形、矩形），结合用户设置的各类显示属性（颜色、填充、位置、其它样式），形成绘制各专业的操作方法，封装成相应的操作类，并为外界调用提供相应接口。

（2）图形绘制层，以横坐标为时间轴纵坐标为时间轴，绘制施工组织画布。获取各个单位工程参数，利用技术支撑层所提供的封装类中的方法绘制相应的施工管理图例，并初始化每个图例的基础属性。

（3）获取权限数据控制每个用户可操作的范围和权限，利用控制数据、关联关系调整每个图例的开工、完成时间和工期属性，最后获取预警数据和版本数据，实现各个版本施工组织分析对比，并给出相应的警示信息。

图 3 COS 形成过程

1.4 进度对比与预警

施工组织可分成指导性施工组织、实施性施工组织，在实际管理过程中，建设管理部门制定指导性施工组织，确定各个重点控制工程的时间节点。参建单位则依据建设单位的指导性施工组织，结合施工条件和环境编制实施性施工组织。指导性施工组织、实施性施工组织是根据实际情况而制定的施工计划，施工进度则是现场实际施工情况的真实反映。在进度对比过程中涉及到两个部分：（1）指导性施工组织与实施性施工组织的对比分析；（2）实施性施工组织与实际施工进度的对比。根据实际施工进度，若单位工程的预计结束日期晚于实施性施工组织的时间，给予相应的警示信息，并非所有单位工程滞后都会影响整个项目的工具，根据工期滞后所带来的影响分成3种等级，如表2所示。

表 2 影响等级

2 系统实现与应用

2.1 系统实现

系统在Win7平台下，以微软Visual Studio.NET 2010为开发平台，使用Asp.net与Silverlight结合的方法系统进行研发，前台显示采用CSS加以控制。Javascript实现前台操作和交互，运用Ajax调用WebService的方法，实现无刷新数据交互。在整个软件开发过程中，采用Visual SourceSafe进行源代码管理与版本控制，考虑到与现有的MIS系统进行数据共享，在数据管理方面则采用Oracle数据库。为增强用户的体验性，采用Ajax方法与Web Service进行数据交换，传输数据则采用JSON（Java Script Object Notation）格式，实现无刷新的动态展示施工组织。数据交互过程：（1）利用Ajax创建请求对象并发送请求和操作参数；（2）Web Service 接受到客户端请求后分析各个参数，调用相应的业务处理模块，并将操作结果以JSON格式返回至客户端；（3）客户端根据返回的状态（error、success、complete），调用图例操作方法。通过3个步骤实现无刷新的数据交互和图例展示功能。COS的合成步骤和操作模块如图4所示。

图 4 COS合成步骤与操作模块

2.2 系统应用

参数化施工组织系统作为铁路建设项目管理信息系统（RCPMIS）的子系统，先后已在西成客专（陕西段）、武九铁路进行了应用示范。

（1）根据铁路建设项目的特点， 绘制以横坐标为里程轴、纵坐标为时间轴的二维画布，根据施工管理要求，以不同类型图例表示相应专业的单位工程。并为每个专业创建对应的建模元件，只需简单的拖拽即可实现快速工期安排。操作界面形象简单明了，支持多人协同编制，提高了工作效率。系统主界面如图5所示。图中黑框内的图例分别代表不同专业的单位工程，标尺上为具体单位工程的名称和所跨越的里程范围，而标尺下方则为具体的施工计划。

图 5 施工组织主界面

（2）采用简单明了的方法， 实现了计划与实际进度的总体、局部分析对比，总体对比如图6所示。空心竖条图例代表该工点计划的施工时间，图例中的红色线条则代表实现的施工进度。从图6中可知：a.工点实际施工进度滞后于计划；b.工点实际施工与计划相符；c.工点则超前计划完成施工。

图 6 进度分析对比图

每一个工点则涉及到多个结构部位或施工工序，而局部的对比如图7所示。在隧道施工过程中涉及到开挖、支护、衬砌等工序，以开挖工序为例，根据施工计划情况绘制隧道开挖曲线，曲线上每个点所对应的横坐标为时间，纵坐标为施工时间。若实现某个时间点的进度分析对比，将鼠标移至开挖曲线上，鼠标的参考线Y轴与形象进度图进行相切，实际进度（红色）超参考线即为超前，否则为滞后。

图 7 隧道进度局部分析

（3）形成了施工曲线，依据施工验收标准将和各专业的单位工程划分成若干个结构部位，将施工单位上报的施工数据进行多层次的汇总，形成相应的开累与剩余情况，利用施工曲线描绘某时间段内施工进度趋势，为建设管理部门实施工期调整提供了科学依据。施工曲线图如图8所示。

图 8 施工曲线

3 结束语

根据铁路工程建设项目的特点，结合传统方式管理施工组织所存在的局限性和信息化程度较低的情况，设计并实现了基于Web的参数化施工组织管理系统，借助动态直观的施工组织图，建设与参建单位均可整体把握管理、分析、监控施工进度。在西成客专（陕西段）、武九高铁建设项目上应用结果表明：（1）系统支持多人协同编制施工组织，缩短施组编制周期；（2）直观形象展示施工进度，实现了施组监控与警示功能，快速有效检测超前、滞后现象；（3）实现建设单位指导性进度、施工单位计划进度与实际施工进度之间的对比分析，为铁路建设项目后续工期控制提供依据。

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